新一代光耦合器在更低电流、更低温度下提升光效

导读：飞兆半导体的 FODM8801 OptoHiT 系列产品是新一代的光电晶体管光耦合器，配有 AlGaAs 工艺技术制造的 IR LED，能在更低电流和更低温度下更持久、更可靠地工作。 这让设计师能够更轻松地设计即使在极端严酷的条件下仍能正常工作的系统。

光电晶体管光耦合器自从 40 年前面世以来就不断演进，目前仍然广泛使用。 目前应用最广的技术是使用砷化镓（GaAs）材料的红外发光二极管（IR LED）。 它们在许多应用中都能发挥很好的性能，但在低电流时效果不佳，因此，对于那些使用较低电流以提高发光效率的系统，这是一个问题。

飞兆半导体已采用一种不同类型的 IR LED，材料为铝镓砷化物（AlGaAs），有助于解决这个问题。 AlGaAs IR LED 具有更快的速度，改进的温度性能和一致性，并且与常规 GaAs 材料相比，在较低电流时更加高效。 FODM8801 OptoHiT™ 系列采用了新型的 IR LED，而且该系列可保证 LED 电流低至 1mA 时各个温度下的规格不变。

LED 发光效率的长期和短期性能

所有 IR LED 都要考虑其长期性能，无论材料是 GaA 还是 AlGaAs。 在应用过程中，LED 性能开始退化，导致 LED 发光效率长期永久性降低，这通过电流传输比（CTR）来衡量。 幸运的是，当 IR LED 在低电流下工作时，长期性能退化将降至最低。 这并不罕见，例如，在低电流下长期 CTR 变化只有 (IF < 5mA) 每 1,000 小时 0.1%，这种情况下，性能退化不会造成什么影响。

虽然如此，问题是，工作温度的上升会对短期 LED 发光效率造成影响。 当结温上升时，CRT 会大幅下降，问题会很快出现。 在短短 5 分钟内，(LED)周围温度可能上升 50°C。 这种效应常常被忽视，因为当周围温度恢复到原来的起始温度时，CTR 也恢复到其初始值。 （大多数数据表仅仅指定在室温下工作。）

飞兆半导体的新型 AlGaAs IR LED 不易受到温度变化影响。 图 1 对比了 AlGaAs 880 nm IR LED 与标准的 GaAs 940 nm IR LED，并显示了在结温上升时，光输出如何变化。 (该图显示了典型的数据，但不能保证。)

图 1. 光输出减少（%/°C）与 LED 电流

在 1mA 下工作时，GaAs IR LED 光输出减少 1%/°C。 这意味着结温升高 50 °C 时，LED 的输出会降低 50%。 使用 AlGaAs IR LED，光输出仅降低 0.225%/°C，因此，结温升高 50°C 而光输出仅降低 11%。

光电晶体管速度与 LED 光电流

长期性能中另一个要考虑的因素是光电晶体管的速度。 光电晶体管的速度是由 LED 产生的光电流、晶体管电流增益（hFE）和负载情况所决定的。 随着 LED 光通量下降，时间也会变化。 如果一个设计在低电流时的温度范围内工作良好，则长期的变化将是最小的。

一般情况下， AlGaAs LED 的发光效率是同类 GaAs 产品两到三倍，温度稳定性是 4.5 倍。 使用 AlGaAs 材料制成的 IR LED 在更低的电流和更低的温度下支持的时间更长。

飞兆半导体的 FODM8801 OptoHiT 系列采用专有 OPTOPLANAR® 共面封装技术进行封装，这有助于提高低电流下的性能。 图 2 展示了 OPTOPLANAR 技术的截面图。

图 2.飞兆半导体 OPTOPLANAR® 共面封装技术

该封装可提供低输入-输出电容（CIO），相比采用面对面封装结构，其电容要低 30%，即使诸如半节距微型扁平封装（MFP）之类的小型封装也是如此。 绝缘内部厚度仅为 0.4mm，提供了高度的绝缘鲁棒性。 从而设计师无需牺牲隔离/绝缘性来减小封装尺寸。